JVM 从入门到精通(二)JVM和Java体系结构2

简介: JVM 从入门到精通(二)JVM和Java体系结构2

三、JVM的整体结构



HotSpot VM 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。


它采用解释器与即时编译器并存的架构。


在今天,Java程序的运行性能早已脱胎换骨,已经达到了可以和C/C++程序一教高下的地步。


执行引擎包含三部分:解释器,即时编译器,垃圾回收器


1、方法区和堆区是所有线程共享的内存区域;而Java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。


2、Java栈又叫做JVM虚拟机栈


3、方法区(永久代)在JDK1.8中又叫做元空间Metaspace


方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器(JIT编译器,英文写作Just-In-Time Compiler)编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把- 方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做 Non-Heap(非堆),目的应该是与 Java 堆区分开来。


在JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区, 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代


在JDK1.7 字符串常量池被从方法区拿到了堆中, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是hotspot中的永久代


在JDK1.8之后JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来,在 Java 堆(Heap)中开辟了一块区域存放运行时常量池。同时在JDK1.8中移除整个永久代,取而代之的是一个叫元空间(Metaspace)的区域


4、Java代码执行流程:


Java程序 —>(编译javac)—> 字节码文件.class —> 类装载子系统化身为反射类Class —> 运行时数据区 —>(解释执行)—> 操作系统(Win、Linux、Mac JVM)


四、JVM的架构模型


Java编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构,另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。


由于跨平台的设计,Java的指令都是根据栈来设计的,不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的


二者区别:


栈:跨平台性、指令集小、指令多;执行性比寄存器差

寄存器:指令少


一些简单查看命令:

//查看指令集命令代码
cd out/production/类根目录
//反编译
javap -v StackStruTest.class
//打印程序执行的进程
jps


JVM 架构总结


由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令


时至今日,尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了(准确来说应该是HotSpot VM的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了),那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢?


因为基于栈的架构跨平台性好、指令集小,虽然相对于基于寄存器的架构来说,基于栈的架构编译得到的指令更多,执行性能也不如基于寄存器的架构好,但考虑到其跨平台性与移植性,我们还是选用栈的架构


五、JVM的生命周期


5.1 启动


通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的,这个类是由虚拟机的具体实现指定的。


5.2 执行


一个运行中的java虚拟机有着一个清晰的任务:执行Java程序;


程序开始执行的时候他才运行,程序结束时他就停止;


执行一个所谓的Java程序的时候,真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。


5.3 退出


程序正常执行结束


程序异常或错误而异常终止


操作系统错误导致终止


某线程调用Runtime类或System类的exit方法,或Runtime类的halt方法,并且java安全管理器也允许这次exit或halt操作


除此之外,JNI规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时,Java虚拟机的退出情况


六、JVM的发展历程


古今JVM


SUN Classic


Exact VM


HotSpot VM :HotSpot指热点代码探测技术


BEA JRockit:(BEA 已被Oracle收购) 专注于服务端应用,世界最快的jvm之一


IBM J9


Taobao JVM: 目前已经在淘宝、天猫上线,替换了- Oracle官方JVM;


Graal VM: Oracle 2018年4月公开,口号 Run Programs Faster Anywhere.最可能替代HotSpot的产品


Android虚拟机 DVM


谷歌开发,基于Android,在2.2中提供了JIT


只能称作虚拟机 不能称为Java虚拟机,他没有遵循Java虚拟机规范


基于寄存器架构,效率高,但是跟硬件耦合度比较高


不能直接执行class文件,执行的是dex文件


5.0使用支持提前编译的ART VM替换Dalvik VM

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